[发明专利]气凝胶复合纤维保温材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种气凝胶复合纤维保温材料及其制备方法。

背景技术

当前，我国建筑总能耗已经超过一次能源消费总量的30％，居耗能首位，而且建筑用能占我国能源消费量的比例仍在逐年上升，建筑节能已成为全社会节能的重点领域之一。而建筑节能材料的发展始终推动着建筑节能技术的发展，并推动建筑节能行业的产业升级。

二氧化硅气凝胶是一种由纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，因其具有特殊的纳米级微孔和骨架结构而致使其热传导效率、对流传热效率和辐射传热效率都得到了有效的限制，所以气凝胶具有非常低的导热系数，其在常温常压下为0.01W/(m.K)，是目前世界上导热系数最低的固体材料。并且其材料组成为无机物，属于A级不燃材料，这种材料可以替代现有有机类保温材料在建筑保温系统中应用，可以满足北方严寒地区建筑节能设计标准的要求，特别适宜于在严寒地区推广应用。但是由于纯的气凝胶的机械强度低、韧性差，这即导致气凝胶材料尺寸稳定性较差，也限制了其在施工上的可操作性和应用，因此在保持二氧化硅气凝胶高隔热性能的基础上，如何改善气凝胶材料的力学性能，实现其方便的使用是现阶段重要的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高强度、超低导热性能的二氧化硅气凝胶复合纤维保温材料及其制备方法。本发明的技术原理在于将二氧化硅气凝胶颗粒包覆于强度较高的无机纤维材料上，并通过加压成型和纺织工艺增强复合材料的尺寸稳定性和抗拉强度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种气凝胶复合纤维保温材料，所述气凝胶复合纤维保温材料由二氧化硅气凝胶颗粒、无机纤维、胶黏剂和固化剂复合而成；所述气凝胶复合纤维保温材料密度小于250kg/m³，导热系数小于0.03w/m·k，垂直板面最大抗拉强度可达200kPa。该垂直板面最大抗拉强度多为150～200kPa。优选密度为100～240kg/m³，导热系数小于0.018～0.028w/m·k，垂直板面最大抗拉强度可达200kPa。

优选的，所述二氧化硅气凝胶颗粒、无机纤维、胶黏剂和固化剂的质量比为6∶2∶1∶0.1～2∶16∶1∶0.1。

本发明还涉及一种前述的气凝胶复合纤维保温材料的制备方法，所述方法包含如下步骤：

A、将无机纤维置于离心机内充分分散，在持续离心、搅拌的工作状态下，依次将胶黏剂、二氧化硅气凝胶颗粒、固化剂喷洒到所述无机纤维表面，即得二氧化硅气凝胶颗粒包覆的无机纤维生料；

B、将所述二氧化硅气凝胶颗粒包覆的无机纤维生料倒入预制好的模具中，于温度50～150℃、压强1000～10000KN条件下固化成型，即得所述气凝胶复合纤维保温材料。

在上述步骤B中，所述加温加压由压力成型机同时提供，加热温度为50～150度，优选为80～100度，加压强度为1000～10000KN，具体依据生产产品类别选择。

优选的，所述方法还包括将步骤B制得的气凝胶复合纤维保温材料裁剪成型后通过纺织设备进行网状构型纺织的步骤。通过网状构型纺织，可进一步增强材料的尺寸稳定性和抗拉强度。

优选的，步骤A中，所述二氧化硅气凝胶颗粒是分次均匀喷洒的，具体操作为每次在10分钟内喷洒2～5kg气凝胶颗粒。这样的分次均匀喷洒，可以使得气凝胶颗粒均匀包覆于无机纤维材料表面。

优选的，所述无机纤维为矿物纤维，更优选为选自玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维，所述无机纤维的长度小于50mm，直径为2～80μm。优选长度为5～50mm。不同长度和直径的无机纤维的选择影响最终产品的力学性能，如抗拉强度，以及最终产品的形貌，如纤维毡，纤维板。

所述胶黏剂可以是有机胶黏剂，也可以是无机胶黏剂；优选的，所述胶黏剂选自有机胶黏剂中的有机聚合物乳液、酚醛树脂胶黏剂、环氧树脂以及无机胶黏剂中的水玻璃中的一种或几种。

优选的，所述二氧化硅气凝胶颗粒为孔隙率大于60％、导热系数小于0.03w/m·k的疏水气凝胶颗粒。更优选孔隙率大于80％，这是因为二氧化硅气凝胶颗粒孔隙率过小，导热系数将增大，严重影响最终产品的保温性能。

优选的，所述固化剂为专用的纤维固化成型剂。更优选为邻苯二甲酸酐固化剂、均苯四甲酸酐固化剂或氟硅酸钠。该固化剂有利于复合纤维材料的快速固化成型，并增强材料的力学性能。